最小替换子串长度 | 豆包MarsCode AI刷题

用户65308323837
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在本篇笔记中，我将解析一道算法题，讨论如何通过最小的替换次数使得一个特殊字符串中的字符频率相等，并总结出如何高效利用豆包MarsCode AI刷题的学习方法。

问题描述

题目要求我们处理一个只包含字符'A'、'S'、'D'和'F'的字符串。字符串长度总是4的倍数。我们的目标是通过尽可能少的字符替换，使得每个字符在字符串中出现的频率相等。具体来说，题目要求我们找到一个最小的子串长度，该子串可以通过替换操作，使得其中的字符'A'、'S'、'D'、'F'在整个字符串中频率相等。

解题思路

  1. 问题分析
    给定一个长度为 ( n ) 的字符串，我们知道字符串的长度是4的倍数。因此，每个字符的目标出现次数是 ( \frac{n}{4} )。题目要求通过替换最少的字符，使得每个字符的出现次数都达到这一目标。

  2. 滑动窗口策略
    为了最小化替换次数，我们可以利用滑动窗口算法。我们将字符串分成多个滑动窗口，逐步缩小窗口范围，直到满足条件。

    • 字符计数：首先统计字符串中每个字符的出现次数。
    • 计算过剩字符：找出哪些字符的数量超过了目标频次，将这些字符作为需要替换的目标。
    • 滑动窗口：在字符串中移动窗口，并在每个位置更新字符的出现情况，直到窗口内的字符能够满足目标频次要求。

  3. 详细步骤

    • 统计字符'A'、'S'、'D'、'F'的出现频次。
    • 计算每个字符的“过剩”数量，即某个字符出现次数超过目标频次的部分。
    • 使用滑动窗口，在字符串中查找最小的子串，这个子串内包含了足够的“过剩”字符，能够通过替换使得全字符串的字符频率相等。

代码详解

public class Main {
    public static int solution(String input) {
        int n = input.length();
        int targetCount = n / 4; // 每个字符的目标数量

        int[] count = new int[4]; // A, S, D, F 的计数
        for (char c : input.toCharArray()) {
            if (c == 'A') count[0]++;
            else if (c == 'S') count[1]++;
            else if (c == 'D') count[2]++;
            else if (c == 'F') count[3]++;
        }

        // 检查是否已经满足条件
        if (count[0] == targetCount && count[1] == targetCount && 
            count[2] == targetCount && count[3] == targetCount) {
            return 0; // 已满足条件，无需替换
        }

        // 需要替换的字符计数
        int[] excess = new int[4];
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            excess[i] = Math.max(0, count[i] - targetCount);
        }

        // 滑动窗口寻找最小子串
        int left = 0, minLength = n;
        for (int right = 0; right < n; right++) {
            char current = input.charAt(right);
            // 在窗口内包含字符
            if (current == 'A') excess[0]--;
            else if (current == 'S') excess[1]--;
            else if (current == 'D') excess[2]--;
            else if (current == 'F') excess[3]--;

            // 当窗口内所有字符都满足目标数量时，尝试缩小窗口
            while (excess[0] <= 0 && excess[1] <= 0 && excess[2] <= 0 && excess[3] <= 0) {
                minLength = Math.min(minLength, right - left + 1);
                char leftChar = input.charAt(left);
                if (leftChar == 'A') excess[0]++;
                else if (leftChar == 'S') excess[1]++;
                else if (leftChar == 'D') excess[2]++;
                else if (leftChar == 'F') excess[3]++;
                left++; // 收缩窗口
            }
        }

        return minLength; // 返回最小长度
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 测试用例
        System.out.println(solution("ADDF") == 1);
        System.out.println(solution("ASAFASAFADDD") == 3);
        System.out.println(solution("SSDDFFFFAAAS") == 1);
        System.out.println(solution("AAAASSSSDDDDFFFF") == 0);
        System.out.println(solution("AAAADDDDAAAASSSS") == 4);
    }
}

代码解析

  • 首先，count数组统计字符串中每个字符的频次。
  • 然后，我们通过excess数组记录哪些字符的出现次数超过了目标频次。
  • 使用滑动窗口从左到右遍历字符串，当窗口内的字符过剩量满足条件时，尝试缩小窗口，以找到最小的有效子串。

知识总结

  1. 滑动窗口的应用
    滑动窗口是一种非常高效的算法策略，特别适用于需要检查子串特性的题目。通过维护一个动态变化的窗口，我们可以在O(n)的时间复杂度内完成题目要求的操作。

  2. 字符频率的平衡
    频率平衡问题常见于算法中，常见的思路是通过计数、排序、哈希等技术，配合滑动窗口、双指针等优化方法进行高效求解。

学习方法与建议

对于初学者来说，理解滑动窗口技巧是解决此类问题的关键。建议大家在刷题时，先掌握基本的算法和数据结构，再逐渐理解如何通过优化算法（例如滑动窗口、双指针等）提升解题效率。具体建议如下：

  1. 制定学习计划
    每周设定一个主题，集中攻克与该主题相关的题目。比如这一周集中练习滑动窗口题目，下一周可以转向动态规划问题。

  2. 错题本的作用
    刷题过程中，经常会遇到一些难题或不容易理解的题目，记得将错题记录下来，回顾自己不理解的地方，并寻求更好的解法。

  3. 结合AI工具
    在使用豆包MarsCode AI刷题时，善用自动分析和提示功能。遇到卡住的题目时，可以通过AI的提示快速理清思路，同时不忘自己多动手做题，逐步提升自己的解题能力。

结语

通过不断刷题并总结学习方法，结合AI工具的辅助，我们可以逐步提高自己的编程能力。在学习过程中，理解问题背后的算法思想，掌握高效的解法是关键。希望这篇文章能够帮助你更好地理解滑动窗口算法，并为后续的学习打下坚实的基础。

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